Способ определения первой инвариантной величины тензора деформации Советский патент 1992 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к рентгено- структурному анализу материалов с кристаллической и частично кристаллической структурой и может использоваться для бп- ределения деформации з изделиях.

Первая инвариантная величина тензора деформации позволяет дать суммарную оценку деформационного состояния образца во всех направлениях. Первая инвариантная величина тензора реформации определяется в виде суммы деформаций в направлении составляющих главных напряжений, которая равна сумме деформаций в направлении осей любой другой декоратив- . ной системы координат в той же точке:

Е + еи + em ei -f &i + ез.(1)

Известно, что в области методов рентгенографических измерений напряжений известно вызываемая напряжениями упругая

деформация ч образца приводит к и меряемому изменению угла отражения в -в0 , где в0 -угол отражения для недеформированного межплоскостного paccf оя- ни я-. При этом упругая деформация Ју ц/ в

направлении угла поворота у к направлению главного напряжения и под углом наклона Р относительно нормали к поверхности образца в точке падения первичного пучка связана с изменением угла отражения соотношением

еу, у - «д во( 0у. Ч -.ft) (2) Указанный способ обеспечивает возможность определения упругих деформаций Eip.ty .но предварительно при допущении наличия двухосного напряженного состояния в приповерхностной области образца должно быть известно положение осей главных напряжений. При

i

g оо

этом условии можно при установке различных углов наклона и поворота измерить соответствующие углы отражения ,Ч и соответственно определить несколько величин упругих деформаций е vp

Недостатком известного способа является необходимость проведения относительно большого количества измерений и предварительного знания положения осей главных напряжений. Измерение углов отражения производится при различных углах наклона, вследствие чего появляются систематические ошибки, особенно при наличии широких рефлексов, например, от образцов с сильно искаженной структурой. Кроме того, поскольку глубина проникновения рентгеновского излучения изменяется в зависимости от угла наклона, то при различных углах наклона возбуждаются различные по глубине слои образца, что также приводит к ошибкам,

Цель изобретения-упрощениеспособа и увеличение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения первой инвариантной величины тензора деформации в образцах из материалов с кристаллической или частично кристаллической структурой, заключающуюся в облучении образца пучком рентгеновского излучения, детекти- ровании дифрагированного образцом излучения и измерении угла отражения от одного типа плоскостей кристаллической решетки образца при заданных углах наклона и поворота образца, угол наклона между нормалью к поверхности образца в точке падения первичного пучка и направлением измеряемой деформации выбирают равным 54,74°, при данном угле наклрнэ измеряют средний угол отражения по окружности углов поворота и определяют первую инвариантную величину тензора деформации из выражения

Ј1 4- Ј2 +Ј3 - 3 Ctg во ( в - во )

где .в- измеренный средний угол отражения по окружности углов поворота;

в0 -угол отражения для недеформированного межплоскостного расстояния.

В одном варианте измерение среднего угла отражения производят в дискретном режиме при равномерно распределенных по окружности углах поворота. При этом, количество точек измерения выбирают равным трем..

В другом варианте измерение среднего угла отражения производят в интегральном режиме по всем углам поворота.

Кроме того, при неизвестном угле отражения Во для недеформирояанного межплоскостного расстояния определяют разность величин первых инвариантных тензора деформации для исследуемого и эталонного образцов.

В основе выбора величины угла Ч

54,74° лежит то, что при таком угловом положении все три положительных отрезка осей координат расположены симметрично относительно нормали к поверхности образца в точке падения первичного пучка в мнимой полусфере над поверхностью образца.

Способ осуществляют следующим образом.

., Исследованиям яодвергают образен призматической формы из стали 90 МпУ8. Методом электроннолучевой закалки следуемой поверхности образца деформируют закаленную дорожку шириной 10 мм и

глубиной 1,2 мм. Просходящее при этом мартенситное превращение структуры приводит к образованию состояния с сильными напряжениями сжатия в указанной дорожке. Со временем это состояние может существенно измениться вследствие процессов релаксации, структурных изменений и формирования микротрещин.

Исследование образца осуществляют излучением Сг использовании отражений от плоскостей (211).

П р и м е р 1. Образец сначала устанавливают обычным образом в симметричной конфигурации на траектории пучка в рентге- новском дифрактометре таким образом,

чтобы измеряемая точка находилась в середине закаленной дорожки. Затем образец из симметричного исходного положения поворачивают на угол наклона 54,74°.

При постоянном угле наклона Ф

54,74° производят измерения углов отражения #1 ф $з при трех углах поворота р ро,ро+ 120° и р0 + 240°. Полученные при измерении углы отражения составляют: ft 77,900°; $2 78,018°; 6Ь

77,988°

С использованием выражения (2) и с учетом величины 90 77,805° первая инвариантная тензора деформации 61 +ф Н- ез -1,85x1О 3

П р и М е р 2. Вместо дискретного измерения углов отражения при трех положениях производят интегрирующее измерение среднего угла отражения в . Для этого во время измерений образец медленно вращают с постоянной скоростью вокруг нормали к поверхности1 в точке падения первичного пучка и непрерывно измеряют угол в с помощью позиционно-чувствительного де- тектора. Для получения статистически достоверной средней величины, особенно для крупнозернистых образцов., предпочтительно совершить несколько, г олных оборотов образца. Измеренная величина в 77.961°, из (2) получаем ei+е2+Јз -1,.

П р и м е р 3. При проведении сравни- тельного контроля напряженного состояния знание угла отражения в0 не является необходимым,

В-данном примере состояние примера 2 выбрано как эталонное состояние, т.е. 0 & .

Указанный образец после электроннолучевой закалки выдерживают в течение 2 мёс, после чего производят измерение среднего угла отражения в режиме интегрирования и получают величину ф 77,535°. При этом изменение AЈf первой инвариантной величины тензора деформаций составляет:fi

Де, - 3 cot (

vt + vv Y i

X vt - vv )

r-3

.-.-. +4,84x10

С целью осуществления рутинных измерений описанным способом целесообразно; применение специализированного дифрак- тометра, снабженного круговой направляющей, коаксиальной с нормалью к, поверхности образца в точке исследования и фиксированной относительно образца; На круговой направляющей через равные угловые интервалы размещены три микрофокус- ные рентгеновские трубки и три позиционно-чувствительных детектора. Геометрические параметры выбраны так. что для всех рентгеновских трубок имеет место

постоянный угол наклона Ч 54,74° к нормали к поверхности образца.

Предлагаемый способ позволяет простым и достаточно точным образом опреде- лять величину первой инвариантной тензора деформаций с целью оценки по ней напряженного состояния исследуемого образца.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения первой инвариантной величины тензора деформации в образцах из материалов с кристаллической или частично кристаллической структурой,

заключающийся в облучении образца пучком рентгеновского излучения, детектировании дифрагированного образцом . излучения и измерении угла отражения от одного типа плоскостей кристаллической

решетки образца при заданных углах наклона и поворота образца, отличающийся тем, что, с целью упрощения осуществления и увеличения точности измерения, угол наклона между нормалью к поверхности образца в точке падения первичного пучка и направлением измеряемой деформации выбирают равным 54,74°, при данном угле наклона и углах поворота в диапазоне 360°

измеряют углы отражения, определяют их

среднее значение в , а первую инвариантную величину тензора деформации определяют из выражения

Ј1 + Е2 + Ј3 - 3 Ctg во (.#-&)

где 0о - угол отражения для недеформи- рованного состояния материала;

в0 - измеренный средний угол отражения по окружности углов поворота.

Изобретение относится к рентгено- Структурному анализу материалов с кристаллической и частично кристаллической структурой и .может использоваться для определения первой инвариантной величины тензора деформации с целью оценки деформационного состояния образца. Цель изобретения - упрощение реализации и увеличение точности измерения. Для этого под постоянным углом наклона Ч .74° относительно нормали к поверхности образца в точке падения первичного пучка определяют средний угол отражения 0 по всей окружности углов отражения. Измерения в производят либо в дискретном, либо непрерывном режиме. Первую инвариантную величину тензора деформаций рассчитывают по выражен и toЈi + ег + ез.- .- - 3 ctg BQ (- во ) где . &- угол отражения для недеформиро- ванного межплоскостного расстояния.; Ё